王國柱

摘要： 隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，起重機(jī)的發(fā)展也越來越傾向于輕量化和小型化。眾所周知，變頻電機(jī)是當(dāng)今起重機(jī)設(shè)備中不可或缺的一項(xiàng)配套部件。因此，在緊湊型起重機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展中，其變頻電機(jī)的設(shè)計(jì)也開始備受關(guān)注，只有使其變頻電機(jī)能夠有效符合緊湊型起重機(jī)的實(shí)際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，才可以確保緊湊型起重機(jī)的應(yīng)用效果。基于此，本文就對(duì)一種專門應(yīng)用在緊湊型起重機(jī)中的變頻電機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，以此來為緊湊型起重機(jī)的良好應(yīng)用與發(fā)展提供科學(xué)參考。

Abstract： With the continuous development of science and technology， the development of cranes is more and more inclined to lightweight and miniaturization. As we all know， frequency conversion motor is an indispensable part of crane equipment. Therefore， in the application and development of the compact crane， the design of the frequency conversion motor has also begun to receive much attention. Only by making the frequency conversion motor can effectively meet the practical application standards of the compact crane， can we ensure the application effect of the compact crane. Based on this， this paper studies the design of a variable frequency motor specially applied in the compact crane， so as to provide a scientific reference for the good application and development of the compact crane.

關(guān)鍵詞： 緊湊型起重機(jī);專用電機(jī);變頻電機(jī);電機(jī)設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)方案

Key words： compact crane;special motor;frequency conversion motor;motor design;design scheme

中圖分類號(hào)：TH211??????????? ????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????????????????????????????????? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）21-0080-02

0? 引言

在當(dāng)今，起重機(jī)是物料搬運(yùn)過程中的一項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備，它在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中所占據(jù)的地位至關(guān)重要，在貨場(chǎng)搬運(yùn)、生產(chǎn)車間等的各個(gè)領(lǐng)域中，起重機(jī)都得到了廣泛應(yīng)用，并在具體應(yīng)用中發(fā)揮出了顯著優(yōu)勢(shì)。伴隨著當(dāng)今社會(huì)節(jié)能環(huán)保理念的深化，起重機(jī)也開始朝著緊湊型的方向發(fā)展，而與之配套的變頻電機(jī)更需要緊隨其發(fā)展步伐，與其共同實(shí)現(xiàn)輕量化、精巧化、美觀化和智能化的發(fā)展。

1? 緊湊型起重機(jī)發(fā)展概述

隨著當(dāng)今機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域的發(fā)展與各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的革新，起重機(jī)也開始在原有基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了更好的發(fā)展，就其外形來看，目前的起重機(jī)重量更輕，體積更小，外觀也更加簡潔美觀，因其自身高度和體積的縮小，在具體應(yīng)用中，可實(shí)現(xiàn)廠房高度的降低與空間的節(jié)約。

在傳統(tǒng)形式的起重機(jī)中，其主要的組成部分包括電機(jī)、減速器、制動(dòng)器、滑輪和卷筒等，這種起重機(jī)不僅具有很大的重量，也具有很大的體積。而目前的緊湊型起重機(jī)大多是三支點(diǎn)支撐形式的安裝，借助于法蘭直接將變頻電機(jī)安裝在減速器上，這樣就減輕了起重機(jī)的重量，縮小了起重機(jī)的體積。但是因?yàn)殡姍C(jī)和減速器都處于懸空安裝狀態(tài)，所以對(duì)于變頻電機(jī)功率密度就具有更高的要求，同時(shí)也需要盡可能降低其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這樣才可以使其點(diǎn)動(dòng)、起動(dòng)以及正反轉(zhuǎn)過程中的加速性能得到良好保障[1]。

2? 緊湊型起重機(jī)專用變頻電機(jī)設(shè)計(jì)特征分析

在本次所研究的這種專用于緊湊型起重機(jī)中的變頻電機(jī)中，將其結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)為方形，將普通變頻電機(jī)中的專用機(jī)座取消，通過方形的硅鋼片進(jìn)行定子芯組合設(shè)計(jì)。通過這樣的方式，不僅可以讓變頻電機(jī)自身重量得以有效減輕，同時(shí)也使其沖片實(shí)現(xiàn)了有效應(yīng)用面積的進(jìn)一步加大。具體設(shè)計(jì)中，按照緊湊型起重機(jī)的實(shí)際應(yīng)用特征，將該變頻電機(jī)在1-3Hz低頻條件下的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)設(shè)計(jì)在2倍及以上;將其在100Hz高頻條件下的過載能力進(jìn)行科學(xué)設(shè)置。為進(jìn)一步確保其應(yīng)用效果，在該專用變頻電機(jī)中進(jìn)行了編碼器配置，并將盤式制動(dòng)器配置在了其尾部，通過這樣的方式，不僅使其結(jié)構(gòu)更加緊湊，也使其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量得以顯著降低。

3? 緊湊型起重機(jī)專用變頻電機(jī)設(shè)計(jì)方案

在對(duì)緊湊型起重機(jī)中的專用變頻電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括電磁設(shè)計(jì)、風(fēng)路設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。圖1是本次所設(shè)計(jì)的緊湊型起重機(jī)專用變頻電機(jī)總體結(jié)構(gòu)示意圖。

在圖1中，序號(hào)1代表伸縮端部的凸緣端蓋;序號(hào)2代表內(nèi)置風(fēng)扇;序號(hào)3代表定子線圈端部;序號(hào)4代表定子鐵芯;序號(hào)5代表定子鐵芯中的外部通風(fēng)孔;序號(hào)6代表定子鐵芯內(nèi)部的通風(fēng)孔;序號(hào)7代表鋁鑄轉(zhuǎn)子;序號(hào)8代表轉(zhuǎn)子通風(fēng)道（鋁鑄）;序號(hào)9代表普通轉(zhuǎn)子;序號(hào)10代表轉(zhuǎn)子風(fēng)葉（鋁鑄）;序號(hào)11代表非軸伸端一側(cè)的端蓋;序號(hào)12代表軸流風(fēng)機(jī);序號(hào)13代表編碼器;序號(hào)14代表制動(dòng)器。

3.1 電磁設(shè)計(jì)

在本次所設(shè)計(jì)的緊湊型起重機(jī)專用變頻電機(jī)中，并未進(jìn)行專用機(jī)座的設(shè)置，其鐵芯設(shè)計(jì)為方形，以此來實(shí)現(xiàn)定子和轉(zhuǎn)子沖片有效面積的顯著增加，其中的定子沖片結(jié)構(gòu)是方形，可實(shí)現(xiàn)原材料的合理利用，更具綠色節(jié)能效果。在對(duì)此設(shè)計(jì)方案進(jìn)行制定的過程中，可將定子和轉(zhuǎn)子槽型面積適當(dāng)增加，讓整體電機(jī)實(shí)現(xiàn)熱容量的進(jìn)一步提升，在確保其力能指標(biāo)的基礎(chǔ)上盡最大限度降低變頻電機(jī)運(yùn)行過程中的發(fā)熱量，這樣就可以大幅度提升變頻電機(jī)功率。

在對(duì)此類變頻電機(jī)進(jìn)行電磁設(shè)計(jì)的過程中，除了應(yīng)該對(duì)某個(gè)固定工作狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算之外，也需要對(duì)各個(gè)頻率點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩參數(shù)的選擇，以此來確保其與額定參數(shù)要求相符。在此過程中，應(yīng)確保其發(fā)熱因數(shù)最大值不超出溫升限值，磁參數(shù)最高值應(yīng)與材料的實(shí)際性能要求相符。

在轉(zhuǎn)子槽型的研究中，因高次諧波在電機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)下將會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子差率造成較大影響，所以需在轉(zhuǎn)子抗基波抗漏設(shè)計(jì)降低的同時(shí)提升其諧波抗漏設(shè)計(jì)。在此過程中，也應(yīng)該注重定子槽的合理選擇，使其和轉(zhuǎn)子槽之間達(dá)到良好的配合效果，通過這樣的方式，不僅可有效抑制附加轉(zhuǎn)矩所受的諧波影響，也可以對(duì)制動(dòng)和噪聲影響加以有效抑制，特別是對(duì)于電磁噪聲，更是具有顯著的抑制效果[2]。本次設(shè)計(jì)中，將電磁設(shè)計(jì)方案確定為可以在1Hz條件下讓電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到2-2.2倍，且頻率點(diǎn)最高值與電機(jī)過載倍數(shù)限制要求相符。

3.2 風(fēng)路設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)電機(jī)中，通常會(huì)直接進(jìn)行內(nèi)通風(fēng)或者是外通風(fēng)設(shè)計(jì)，但是前者會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子中的熱量散發(fā)困難，影響電機(jī)自身的功率密度;后者則只能讓電機(jī)防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP23，在緊湊型起重機(jī)的很多工況下都并不適用?；诖?，在緊湊型起重機(jī)專用變頻電機(jī)的設(shè)計(jì)中，將其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為方形，且并未進(jìn)行專用機(jī)座設(shè)置，其中的通風(fēng)結(jié)構(gòu)共有兩套，電機(jī)防護(hù)等級(jí)可以達(dá)到IP54，甚至可以達(dá)到IP55。

在第一套風(fēng)路中，主要的組成部分包括轉(zhuǎn)子通風(fēng)道（鋁鑄）、轉(zhuǎn)子通風(fēng)葉（鋁鑄）、定子鐵芯內(nèi)部的通風(fēng)孔和內(nèi)置風(fēng)扇。在第二套風(fēng)路中，主要的組成部分包括定子鐵芯外部的通風(fēng)孔以及軸流風(fēng)機(jī)。具體設(shè)計(jì)中，將內(nèi)置風(fēng)扇安裝到轉(zhuǎn)子軸伸端，將軸流風(fēng)機(jī)安裝到電機(jī)尾部，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，內(nèi)置風(fēng)扇也將隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

因?yàn)榫o湊型起重機(jī)中的專用變頻電機(jī)調(diào)試性能應(yīng)足夠廣泛，且對(duì)于各種的應(yīng)用場(chǎng)景均應(yīng)該做到精準(zhǔn)定位，所以在此類變頻器的具體設(shè)計(jì)中，應(yīng)注重編碼器的合理配置，這樣才可以對(duì)其轉(zhuǎn)速、角度以及位置等的各種信號(hào)做到實(shí)時(shí)檢測(cè)。因?yàn)榇祟愖冾l電機(jī)的尾部需要進(jìn)行風(fēng)機(jī)和制動(dòng)器安裝，如果在制動(dòng)器后方再安裝一個(gè)編碼器，便會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過長，這樣的情況不僅會(huì)使其在高速運(yùn)行的狀態(tài)下出現(xiàn)較大振動(dòng)，同時(shí)也會(huì)對(duì)緊湊型起重機(jī)中的起升機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)性造成不利影響。

具體設(shè)計(jì)中，考慮到定子的主要組成部分為定子沖片，且電機(jī)未設(shè)置機(jī)座，所以必須在端蓋上安裝主接線盒。在這樣的情況下，端蓋空腔就比較長。而借助于這個(gè)空腔，剛好可以將編碼器中的轉(zhuǎn)子安裝到電機(jī)中的轉(zhuǎn)子上，并借助于編碼器中的轉(zhuǎn)子鎖緊螺釘將轉(zhuǎn)子固定住，再借助于編碼器彈片將其定子安裝到端蓋軸承室內(nèi)的加強(qiáng)筋上，借助于安裝螺釘做好固定處理，然后直接將編碼器中的引線引入到主接線盒內(nèi)[3]。通過這樣的設(shè)計(jì)方式，不僅在安裝過程中無需進(jìn)行任何多余的結(jié)構(gòu)設(shè)置來提供支撐，同時(shí)也可以讓端蓋中的空腔得以合理利用;且并沒有導(dǎo)致電機(jī)軸向尺寸增加，可有效確保電機(jī)的緊湊性。

4? 結(jié)束語

綜上所述，在對(duì)緊湊型起重機(jī)中的專用變頻電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者一定要對(duì)其具體特征和應(yīng)用需求做到全面了解，然后以此為依據(jù)來進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的科學(xué)制定。通過科學(xué)合理的電磁設(shè)計(jì)、風(fēng)路設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來確保此類變頻電機(jī)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，使其在緊湊型起重機(jī)中發(fā)揮出先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以此來確保緊湊型起重機(jī)在當(dāng)今時(shí)代的良好應(yīng)用與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]李勝永，季禹，張悅.港口起重機(jī)變頻電機(jī)智能安全監(jiān)測(cè)裝置設(shè)計(jì)[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2020（03）：36-40.

[2]龔籽豪.起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)變頻調(diào)速技術(shù)分析[J].南方農(nóng)機(jī)，2019（20）：158.

[3]張韋微，王朋輝，郝鋮.輕量化起重機(jī)電機(jī)和制動(dòng)器技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2018（04）：72-74.